스테퍼 모터의 작동 원리

이 포스트에서 우리는 스테퍼 모터에 대해 배울 것입니다. 우리는 스테퍼 모터가 무엇인지, 기본 작동 메커니즘, 스테퍼 모터 유형, 스테핑 모드 및 마지막으로 장점과 단점을 탐색 할 것입니다.

스테퍼 모터는 무엇입니까?

스테퍼 모터는 브러시리스 모터로 회전축 (로터)이 정해진 단계 수로 1 회전을 완료합니다. 계단식 회전 특성으로 인해 스테퍼 모터라는 이름이 붙습니다.

스테퍼 모터는 회전 각도에 대한 정확한 제어 그리고 속도. 이는 개방 루프 설계이므로 회전 추적을위한 피드백 메커니즘이 구현되지 않습니다.

속도를 변경하고 회전 방향을 변경하며 즉시 한 위치로 잠글 수 있습니다. 단계 수는 로터에있는 톱니 수에 의해 결정됩니다. 예를 들어 스테퍼 모터가 200 개의 톱니로 구성되어 있다면

360 (degree) / 200 (no of teeth) = 1.8도

따라서 각 단계는 1.8 도입니다. 스테퍼 모터는 마이크로 컨트롤러와 드라이버 회로로 제어됩니다. 레이저 프린터, 3D 프린터, 광학 드라이브, 로봇 공학 등에 널리 사용됩니다.

기본 작동 메커니즘 :

스테퍼 모터는 고정자 또는 모터의 움직이지 않는 부분이라고하는 절연 구리선으로 감긴 여러 개의 극으로 구성 될 수 있습니다. 모터의 움직이는 부분은 여러 개의 톱니로 구성된 회전 자라고합니다.

한 극에 전원이 공급되면 가장 가까운 톱니는 전원이 공급되는 극과 정렬되고 로터의 다른 톱니는 전원이 공급되지 않는 다른 극과 약간 오프셋되거나 정렬되지 않습니다.

다음 극은 전원이 공급되고 이전 극은 전원이 차단됩니다. 이제 정렬되지 않은 극이 현재 전원이 공급되는 극과 정렬되어 단일 단계가됩니다.

다음 극에 전원이 공급되고 이전 극에 전원이 차단됩니다. 이것은 또 다른 단계를 만들고이 사이클은 한 번의 완전한 회전을 만들기 위해 여러 번 계속됩니다.

스테퍼 모터가 어떻게 작동하는지 아주 간단한 또 ​​다른 예가 있습니다.

일반적으로 로터 톱니는 북극과 남극 방식으로 교대로 배열 된 자석입니다. 극이 반발하고 극을 끌어 당기는 것과 달리, 이제 극 권선 'A'가 통전되고 통전 된 극을 북극으로 가정하고 회 전자를 남극으로 가정하면 그림과 같이 로터의 남극을 극 'A'고정자를 향해 끌어 당깁니다.

이제 극 A의 전원이 차단되고 극 'B'에 전원이 공급됩니다. 이제 로터의 남극이 'B'극과 정렬됩니다. 유사한 극 'C'와 극 'D'는 동일한 방식으로 전원이 공급되고 전원이 차단되어 한 회전을 완료합니다.

이제 스테퍼 모터 작동 메커니즘을 이해할 수 있습니다.

스테퍼 모터의 종류 :

스테퍼 모터에는 세 가지 유형이 있습니다.

• 영구 자석 스테퍼
• 가변 꺼리는 스테퍼
• 하이브리드 동기식 스테퍼

영구 자석 스테퍼 :

영구 자석 스테퍼 모터는 회 전자에 영구 자석 톱니를 사용합니다.이 톱니는 번갈아가는 극 방식 (북-남-북-남 ……)으로 배열되어 더 큰 토크를 제공합니다.

가변 꺼리는 스테퍼 :

가변 저항 스테퍼는 여러 개의 톱니가있는 로터로 연철 소재를 사용하며 최소 간격에서 최소 저항이 발생한다는 원칙에 따라 작동합니다. 즉, 금속이 끌리는 것처럼 통전 될 때 로터의 가장 가까운 톱니가 극쪽으로 끌리는 것을 의미합니다. 자석쪽으로.

하이브리드 동기식 스테퍼 :

하이브리드 스테퍼 모터에서는 위에서 언급 한 두 가지 방법이 결합되어 최대 토크를 얻습니다. 이것은 가장 일반적인 유형의 스테퍼 모터이며 값 비싼 방법입니다.
스테핑 모드 :

스테핑 모드에는 3 가지 유형이 있습니다.

• 전체 스테핑 모드
• 하프 스테핑 모드
• 마이크로 스테핑 모드

전체 스테핑 모드 :

전체 단계 모드에서는 다음 예를 통해 이해할 수 있습니다. 스테퍼 모터에 200 개의 톱니가있는 경우 하나의 전체 단계는 1.8도 (문서 시작 부분에 제공됨)가 1.8도 이하로 회전하지 않습니다.

전체 단계는 두 가지 유형으로 더 분류됩니다.

• 단상 모드
• 2 상 모드

두 위상 모드에서 로터는 한 단계 만 수행하고이 둘의 기본 차이점은 단일 모드는 더 적은 토크를 제공하고 2 단계 모드는 더 많은 토크를 제공한다는 것입니다.

• 단상 모드 :

단상 모드에서는 주어진 시간에 하나의 위상 (권선 / 극 그룹)에만 전원이 공급되며, 이는 에너지를 가장 적게 소비하는 방법이지만 토크도 더 적게 제공합니다.

• 2 단계 모드 :

2 상 모드에서 2 상 (권선 / 극의 두 그룹)은 주어진 시간에 전원이 공급되어 단상 모드보다 더 많은 토크 (30 % ~ 40 %)를 생성합니다.

하프 스테핑 모드 :

모터 분해능의 두 배를 위해 하프 스테핑 모드가 수행됩니다. 이름에서 알 수 있듯이 절반 단계에서는 전체 1.8도 대신 전체 한 단계의 절반이 걸리고 절반 단계는 0.9도 걸립니다.
반 단계는 단상 모드와 이중 위상 모드를 번갈아 변경하여 달성됩니다. 기계 부품의 스트레스를 줄이고 회전의 부드러움을 높입니다. 하프 스텝은 토크를 약 15 % 감소시킵니다. 그러나 모터에 적용되는 전류를 증가 시키면 토크를 증가시킬 수 있습니다.

마이크로 스테핑 :

가장 부드러운 회전을 위해 마이크로 스테핑이 수행됩니다. 하나의 전체 단계는 최대 256 단계로 나뉩니다. 마이크로 스테핑을 위해서는 특별한 마이크로 스텝 컨트롤러가 필요합니다. 토크는 약 30 % 정도 추론됩니다.

드라이버는 유체 회전을 위해 사인파를 입력해야합니다. 드라이버는 90도 위상차가있는 두 개의 정현파 입력을 제공합니다.

회전을 가장 잘 제어하고 기계적 스트레스를 크게 줄이고 작동 소음을 줄입니다.

스테퍼 모터의 주요 장점과 단점은 다음과 같은 점을 통해 배울 수 있습니다.

장점 :

• 각도 회전에 대한 최상의 제어.
• 저속에서 높은 토크.
• 회전 방향의 즉각적인 변경.
• 최소한의 기계적 구조.

단점 :

• 로터를 고정 위치에 고정시키기 위해 회전하지 않는 동안에도 전력이 소비됩니다.
• 회전 오류를 수정하고 현재 위치를 추적하기위한 피드백 메커니즘이 없습니다.
• 복잡한 드라이버 회로가 필요합니다.
• 고속에서는 토크가 감소합니다.
• 모터를 고속으로 제어하는 ​​것은 쉽지 않습니다.